થર્મોઈલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ (થર્મો-ઈએમએફ) અને ટેકનોલોજીમાં તેનો ઉપયોગ

થર્મો-ઇએમએફ એ ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ છે જે ઇલેક્ટ્રીકલ સર્કિટમાં બનતું હોય છે જેમાં શ્રેણી-જોડાયેલા અસમાન વાહક હોય છે.

કંડક્ટર 1 અને બે સરખા વાહક 2 નો સમાવેશ કરતું સૌથી સરળ સર્કિટ, જેની વચ્ચેના સંપર્કો T1 અને T2 વિવિધ તાપમાને જાળવવામાં આવે છે, તે આકૃતિમાં બતાવવામાં આવ્યું છે.

વાયર 1 ના છેડા પર તાપમાનના તફાવતને કારણે, ગરમ જંકશનની નજીકના ચાર્જ કેરિયર્સની સરેરાશ ગતિ ઊર્જા ઠંડા એકની નજીકના કરતાં વધુ હોવાનું બહાર આવ્યું છે. વાહકો ગરમ સંપર્કથી ઠંડા સંપર્કમાં ફેલાય છે, અને બાદમાં એક સંભવિત પ્રાપ્ત કરે છે જેની નિશાની વાહકોની નિશાની દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. સાંકળના બીજા ભાગની શાખાઓમાં સમાન પ્રક્રિયા થાય છે. આ સંભવિત વચ્ચેનો તફાવત થર્મો-ઇએમએફ છે.

બંધ સર્કિટમાં સંપર્કમાં રહેલા મેટલ વાયરના સમાન તાપમાને, સંપર્ક સંભવિત તફાવત તેમની વચ્ચેની સીમાઓ પર, તે સર્કિટમાં કોઈ પ્રવાહ બનાવશે નહીં, પરંતુ માત્ર વિરુદ્ધ નિર્દેશિત ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહને સંતુલિત કરશે.

સંપર્કો વચ્ચેના સંભવિત તફાવતોના બીજગણિત સરવાળાની ગણતરી કરીને, તે સમજવું સરળ છે કે તે અદૃશ્ય થઈ જાય છે. તેથી, આ કિસ્સામાં સર્કિટમાં કોઈ EMF હશે નહીં. પરંતુ જો સંપર્ક તાપમાન અલગ હોય તો શું? ધારો કે સંપર્કો C અને D જુદા જુદા તાપમાને છે. પછી શું? ચાલો સૌપ્રથમ ધારીએ કે મેટલ B માંથી ઇલેક્ટ્રોનનું કાર્ય કાર્ય મેટલ A ના કાર્ય કાર્ય કરતા ઓછું છે.

ચાલો આ પરિસ્થિતિ જોઈએ. ચાલો D નો સંપર્ક કરીએ - ધાતુ B માંથી ઇલેક્ટ્રોન મેટલ A માં સ્થાનાંતરિત થવાનું શરૂ કરશે કારણ કે વાસ્તવમાં જંકશન D પર સંપર્ક સંભવિત તફાવત તેના પર ગરમીની અસરને કારણે વધશે. આવું એટલા માટે થશે કારણ કે ધાતુ A માં D ના સંપર્કમાં વધુ સક્રિય ઇલેક્ટ્રોન છે અને હવે તેઓ B સંયોજન તરફ દોડશે.

સંયોજન C ની નજીક ઇલેક્ટ્રોનની વધેલી સાંદ્રતા ધાતુ A થી ધાતુ B સુધી સંપર્ક C દ્વારા તેમની હિલચાલ શરૂ કરે છે. અહીં, ધાતુ B સાથે, ઇલેક્ટ્રોન D ના સંપર્કમાં જશે. અને જો સંયોજન D નું તાપમાન સંપર્કની તુલનામાં એલિવેટેડ રહેવાનું ચાલુ રાખે છે C, પછી આ બંધ સર્કિટમાં ઇલેક્ટ્રોનની દિશાત્મક હિલચાલ ઘડિયાળની વિરુદ્ધ દિશામાં જાળવવામાં આવશે - EMF ની હાજરીનું ચિત્ર દેખાશે.

ભિન્ન ધાતુઓથી બનેલા આવા બંધ સર્કિટમાં, સંપર્ક તાપમાનમાં તફાવતને કારણે EMFને થર્મો-EMF અથવા થર્મોઈલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ કહેવામાં આવે છે.

થર્મો-ઇએમએફ બે સંપર્કો વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતના સીધા પ્રમાણસર છે અને સર્કિટ બનાવે છે તે ધાતુના પ્રકાર પર આધાર રાખે છે. આવા સર્કિટમાં વિદ્યુત ઊર્જા વાસ્તવમાં ઉષ્મા સ્ત્રોતની આંતરિક ઉર્જામાંથી મેળવવામાં આવે છે જે સંપર્કો વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતને જાળવી રાખે છે.અલબત્ત, આ પદ્ધતિ દ્વારા મેળવેલ EMF અત્યંત નાનું છે, ધાતુઓમાં તે માઇક્રોવોલ્ટ્સમાં માપવામાં આવે છે, મહત્તમ દસ માઇક્રોવોલ્ટ્સમાં, સંપર્ક તાપમાનમાં એક ડિગ્રીના તફાવત માટે.

સેમિકન્ડક્ટર્સ માટે, થર્મો-ઇએમએફ વધુ હોવાનું બહાર આવ્યું છે, તેમના માટે તે તાપમાનના તફાવતની ડિગ્રી દીઠ વોલ્ટના ભાગો સુધી પહોંચે છે, કારણ કે સેમિકન્ડક્ટર્સમાં ઇલેક્ટ્રોનની સાંદ્રતા તેમના તાપમાન પર નોંધપાત્ર રીતે નિર્ભર છે.

ઇલેક્ટ્રોનિક તાપમાન માપન માટે, ઉપયોગ કરો થર્મોકોપલ્સ (થર્મોકોપલ્સ)થર્મો-ઇએમએફ માપનના સિદ્ધાંત પર કામ કરવું. થર્મોકોપલમાં બે ભિન્ન ધાતુઓનો સમાવેશ થાય છે જેના છેડા એકસાથે સોલ્ડર કરવામાં આવે છે. બે સંપર્કો (જંકશન અને ફ્રી એન્ડ) વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતને જાળવી રાખીને, થર્મો-ઇએમએફ માપવામાં આવે છે. મુક્ત છેડા અહીં બીજા સંપર્કની ભૂમિકા ભજવે છે. ઉપકરણનું માપન સર્કિટ છેડા સાથે જોડાયેલ છે.

થર્મોકોલની વિવિધ ધાતુઓ વિવિધ તાપમાન શ્રેણીઓ માટે પસંદ કરવામાં આવે છે અને તેમની મદદથી વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજીમાં તાપમાન માપવામાં આવે છે.

અલ્ટ્રા-ચોકસાઇ થર્મોમીટર્સ થર્મોકોલના આધારે બનાવવામાં આવે છે. થર્મોકોલ્સની મદદથી, ખૂબ જ નીચા અને તદ્દન ઊંચા તાપમાનને ઉચ્ચ ચોકસાઈ સાથે માપી શકાય છે. વધુમાં, માપનની ચોકસાઈ આખરે વોલ્ટમીટરની ચોકસાઈ પર આધાર રાખે છે જે થર્મો-ઈએમએફને માપે છે.

આકૃતિ બે જંકશન સાથે થર્મોકોપલ બતાવે છે. એક જંકશન પીગળતા બરફમાં ડૂબી જાય છે, અને બીજા જંકશનનું તાપમાન ડિગ્રીમાં માપાંકિત સ્કેલ સાથે વોલ્ટમીટરનો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરવામાં આવે છે. આવા થર્મોમીટરની સંવેદનશીલતા વધારવા માટે, કેટલીકવાર થર્મોકોપલ્સ બેટરી સાથે જોડાયેલા હોય છે. તેજસ્વી ઉર્જાના ખૂબ નબળા પ્રવાહો (દા.ત. દૂરના તારામાંથી) પણ આ રીતે માપી શકાય છે.

વ્યવહારુ માપન માટે, આયર્ન-કોન્સટેન્ટન, કોપર-કોન્સટેન્ટન, ક્રોમેલ-એલ્યુમેલ, વગેરેનો મોટાભાગે ઉપયોગ થાય છે. ઉચ્ચ તાપમાન માટે, તેઓ પ્લેટિનમ અને તેના એલોય સાથે વરાળનો આશરો લે છે - પ્રત્યાવર્તન સામગ્રીનો.

થર્મોકોપલ્સનો ઉપયોગ વ્યાપકપણે સ્વીકારવામાં આવે છે સ્વચાલિત તાપમાન નિયંત્રણ સિસ્ટમોમાં ઘણા આધુનિક ઉદ્યોગોમાં કારણ કે થર્મોકોપલ સિગ્નલ વિદ્યુત છે અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ દ્વારા સરળતાથી અર્થઘટન કરી શકાય છે જે ચોક્કસ હીટિંગ ઉપકરણની શક્તિને સમાયોજિત કરે છે.

આ થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસરની વિપરીત અસર (જેને સીબેક અસર કહેવાય છે), જેમાં સર્કિટમાંથી સીધો વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર કરતી વખતે એક સાથે એક સંપર્કને ગરમ કરવામાં આવે છે અને બીજાને ઠંડુ કરવામાં આવે છે, તેને પેલ્ટિયર અસર કહેવાય છે.

થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટર અને થર્મોઇલેક્ટ્રિક રેફ્રિજરેટરમાં બંને અસરોનો ઉપયોગ થાય છે. વધુ વિગતો માટે અહીં જુઓ:સીબેક, પેલ્ટિયર અને થોમસન થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસરો અને તેમની એપ્લિકેશનો